本記事では、Pythonの可視化ライブラリ「Altair」を用いて、宣言的にインタラクティブなグラフを作る方法を紹介します。特に、手元の環境に依存せず、Google Colab上で簡単に試せるハンズオン形式で進めていきます。

Altairとは

Vega/Vega-Liteをバックエンドとしており、Python上で宣言的にグラフを作成できるライブラリ。
インタラクティブな機能（範囲選択、マウスオーバーなど）をシンプルな記述で追加可能。
「どの軸に何を割り当てるか」を書くと、細かい描画はAltairが自動でやってくれるため、コードがスッキリしやすい。

事前準備（Google Colab上での開発環境）

1. Google Colabを開く

Google Colabにアクセスします。
新規ノートブックを作成します。

2. ライブラリのインストール

Altairは通常、Colabにプリインストールされていますが、念のため下記コマンドでバージョン確認・インストールを行うと安心です。

!pip install altair==4.2.2  # 例として特定バージョンを指定

他に必要であれば、pandasなどもインストール・アップグレードしておきます。

!pip install pandas --upgrade

3. Altair表示設定

ColabでAltairを表示する場合、colab向けのレンダラーを有効化する方法がおすすめです。

import altair as alt

alt.renderers.enable('colab')

これで、インタラクティブグラフがColab上に直接表示されるようになります。

ハンズオン１：シンプルな折れ線グラフ

データ準備

まずはサンプル用に小さなデータセットを作成します。

import pandas as pd

data = pd.DataFrame({
    'x': range(10),
    'y': [val**2 for val in range(10)],
    'category': ['A']*5 + ['B']*5
})
data

xは0〜9
yはxの二乗
categoryは前半がA、後半がB

Altairで可視化

上記データを使い、Altairで**「宣言的」**に折れ線グラフを作ってみましょう。

import altair as alt

chart = alt.Chart(data).mark_line().encode(
    x='x',
    y='y',
    color='category'
)

chart

alt.Chart(data)でデータを受け取り、.mark_line()で線グラフを指定。
.encode(...)で軸と色分けを宣言的に設定します。
実行すると、AとBの2種類の線が描かれた折れ線グラフが、Google Colab上で直接表示されます。

ハンズオン２：インタラクティブな範囲選択

Altairの強みは、インタラクション機能を簡単に追加できることです。ここでは、「ドラッグで範囲を選択 -> 選択範囲のみ別グラフに反映」という例を体験します。

データ準備

少しデータポイントを増やしたものを用意します。

import pandas as pd

data2 = pd.DataFrame({
    'x': range(50),
    'y': [val**1.5 for val in range(50)]
})

範囲選択用のオブジェクト作成

brush = alt.selection(type='interval')

type='interval'とすることで、ドラッグ操作による範囲指定を可能にします。

グラフの作成

# 上段グラフ（範囲選択ができる）
upper_chart = alt.Chart(data2).mark_line().encode(
    x='x',
    y='y'
).add_selection(
    brush  # このグラフでドラッグによる範囲選択を可能に
)

# 下段グラフ（選択範囲のみ表示）
lower_chart = alt.Chart(data2).mark_line().encode(
    x='x',
    y='y'
).transform_filter(
    brush  # 上段グラフの選択範囲のみ可視化
)

# 上下グラフを縦に並べる
interactive_charts = upper_chart & lower_chart
interactive_charts

brushを上段グラフに追加(.add_selection(brush))することで、範囲のドラッグ操作を有効化。
下段グラフで.transform_filter(brush)とすることで、「上段グラフのドラッグ操作で指定された範囲」だけが表示されるようになります。

実際に動かしてみる

上段グラフ上でマウスをドラッグしてみてください。選択範囲がハイライトされます。
すると、下段グラフにその範囲のデータだけがズーム表示されます。
インタラクションを何度でもやり直せます。

これが、Altairのインタラクティブな可視化の典型的な例です。

「宣言的」可視化のメリット

コードがシンプル
X軸、Y軸、色分け、インタラクションなどを単純に「宣言」するだけで可視化が可能です。
可読性が高い
視覚化したいデータと、その軸やスタイルが一目で分かるため、チーム開発や他者との共有もしやすいです。
拡張しやすい
インタラクションの種類（範囲選択・クリック選択など）を増やしても、コードの変更が少なくて済みます。
バックエンド(Vega/Vega-Lite)の恩恵
Web標準のVega/Vega-Liteを利用しているため、描画パフォーマンスや表現力が高く、HTMLベースでの共有が容易です。

まとめ

Altairを使うことで、宣言的に可視化を行い、インタラクティブなグラフをシンプルなコードで実装できます。
Google Colabなら、環境構築の手間が少なく、誰でもすぐに試すことが可能です。
ぜひ実際に上記サンプルコードをコピー＆ペーストして動かしてみて、Altairの楽しさ・使いやすさを体感してください。

参考リンク

以上、Google Colabを利用したハンズオン形式でのAltair可視化チュートリアルでした。今後は応用例として、クリック選択でデータをハイライトしたり、複数のチャートを組み合わせるなど、さまざまな可視化に挑戦してみてください。